(57)【要約】【課題】光源ユニットと波長変換ユニットとを有する光源装置において、各ユニットの交換作業の簡易化、交換作業時間の短縮を図る。【解決手段】光源ユニット２０と、結合ユニット４０と、波長変換ユニット６０を具備し、光源ユニット２０は、ファイバレーザを光源とする。そして、光源ユニット２０と結合ユニット４０をファイバ８１で結合し、且つ結合ユニット４０と波長変換ユニット６０とをファイバ８２で結合する。ファイバ８１、８２の着脱により容易に交換可能となり、また結合ユニット４０内で空間結合することによって、ファイバ８１及び８２の損傷を回避できる。【選択図】図１
2007114697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源ユニットと、結合ユニットと、波長変換ユニットを具備し、
前記光源ユニットは、ファイバレーザを光源とし、
少なくとも前記光源ユニットと前記結合ユニットがファイバで結合され、
且つ前記結合ユニットと前記波長変換ユニットがファイバで結合されて成る
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記結合ユニットと前記波長変換ユニットとを結合する前記ファイバは、前記波長変換ユニットに固定されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長変換ユニットは、非線型結晶を有する外部共振器型の第２高調波発生装置である
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記波長変換ユニットが２以上設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項５】
前記ファイバレーザが２以上設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
前記波長変換ユニットが複数設けられて和周波発生ユニットが構成されて成る
ことを特徴とする請求項４記載の光源装置。
【請求項７】
前記結合ユニットに、出力変調部及び／又は偏光変調部が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項８】
前記出力変調部及び／又は偏光変調部として、フィルタ、ナイフエッジ、波長板、偏光子、メカシャッターのいずれか１以上が設けられて成る
ことを特徴とする請求項７記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から射出される光を波長変換して例えば紫外光として出力する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続発振タイプの紫外線レーザ光源として、基本レーザと波長変換ユニットより成る光源装置が用いられている。この連続発振タイプの紫外線レーザは、例えば半導体のウェファ検査用のために利用されており、この用途としては、半導体工場等において２４時間の連続運転が必要とされる。このような長時間連続使用が求められる光源装置は、各光学部品の寿命から、多い場合は半年に一度程度、少なくとも２年に一度程度の部品交換が必要となる。
【０００３】
これに対し、紫外線を発生する波長変換ユニットにおいては、気密性を確保しないとユニット内部の光学部品が劣化するという問題がある（特許文献１参照）。したがって、クリーンルームなどの清浄な場所での交換作業が必要である。
また、基本レーザユニット、波長変換ユニットのどちらを交換する場合でも、交換後の精密な光学アライメントが必要であり、このような交換作業のために、半導体メーカー等の使用者は、検査装置などの数日間にわたる停止が必要となるため、交換作業の簡易化、交換に要する時間の短縮が求められている。
【０００４】
例えば、基本レーザユニットの交換には、使用している例えば半導体工場のクリーン化された室内で検査用装置などからこの光源装置を取り外すことが必要であり、また、新しい基本レーザユニットを入れ替えた光源装置を再び検査装置等に組み込む際には、光源装置自体の精密なアライメントを、検査装置等を配置している現場で行う必要がある。
【特許文献１】特開２０００−３４７２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、光源装置の各ユニットの交換作業は一定の周期をもって必要とされるものであるが、この交換作業には、クリーンな環境で行うことと、精密な光学的なアライメント作業が必要である。交換作業に要する時間としては、例えば、交換ユニットの引き取り作業として装置の梱包・輸送に２日間、工場内での交換作業に１日間、輸送・再立ち上げに２日間の合計５日間程度が必要である。
したがって、例えば半導体工場においてこのような光源装置を有する検査装置などが、数日間も使用不可能となってしまうこととなり、生産性を損なう一因となっている。
このため、光源装置の各ユニットの交換作業の簡易化、作業の短縮が強く望まれている。
【０００６】
以上の問題に鑑みて、本発明は、光源ユニットと波長変換ユニットとを有する光源装置において、各ユニットの交換作業の簡易化、交換作業時間の短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、光源ユニットと、結合ユニットと、波長変換ユニットを具備し、光源ユニットは、ファイバレーザを光源とする。そして、少なくとも光源ユニットと結合ユニットがファイバで結合され、且つ結合ユニットと波長変換ユニットがファイバで結合されて成る構成とする。
前記結合ユニットと前記波長変換ユニットとを結合する前記ファイバは、前記波長変換ユニットとの結合が固定され、気密に保持されて成る。
【０００８】
このように、本発明による光源装置においては、ファイバレーザを光源とする光源ユニットと、結合ユニットと、波長変換ユニットとを設ける構成とするものである。
そして、光源ユニットと結合ユニットとの間、また結合ユニットと波長変換ユニットとの間をファイバで結合する構成とする。
このような構成とすることによって、先ず、光源ユニットと、波長変換ユニットが互いに独別に分離可能であり、すなわち交換を極めて容易に行うことが可能となる。
更に、従来のように光源ユニットから射出された光を、波長変換ユニットに空間結合するのではなく、結合ユニットを介して、ファイバにより結合することから、交換作業時の精密な光学的位置合わせを不要とし、交換作業の簡易化、作業時間の大幅な短縮を図ることが可能である。
【０００９】
また更に、本発明の光源装置において、結合ユニットと波長変換ユニットとを結合するファイバを、波長変換ユニットに固定される構成とすることにより、波長変換ユニットはこの結合部において気密に保持されることとなり、交換作業をクリーンな環境で行う必要がなくなるため、交換作業の簡易化、作業時間の大幅な短縮が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の光源装置によれば、光源ユニット及び波長変換ユニットの交換作業の簡易化、作業時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
〔光源装置の構成〕
先ず、本発明による光源装置の一実施形態例を、図１の概略構成図を参照して説明する。
図１に示すように、本発明による光源装置１０は、ファイバレーザを有する光源ユニット２０と、結合ユニット４０と、波長変換ユニット６０を具備し、光源ユニット２０と結合ユニット４０がファイバ８１で結合されて成る。また、結合ユニット４０と波長変換ユニット６０もファイバ８２で結合されて成る。なお、各ファイバ８１及び８２は、それぞれ光源ユニット２０、結合ユニット４０に設けられるファイバコネクタ９１〜９３において着脱可能とされる。
【００１２】
ファイバ８２が波長変換ユニット６０にファイバコネクタ９４において固定されている場合は、波長変換ユニット６０をこの部分において気密に保持することができる。また、ファイバ８２の着脱によりファイバコネクタ９４からの出力光の光軸が、波長変換ユニット６０の光学部品の光軸からずれることがなくなるため、再結合時の光学的な微調整が不要となるという利点を有する。このため、この結合位置においては、ファイバ８２は波長変換ユニット６０に固定されていることが望ましい。
一方、ファイバ８２を、波長変換ユニット６０とファイバコネクタ９４において着脱可能とする場合は、例えばファイバコネクタ９４の内側に窓を設けることにより、ファイバ８２の着脱時に内部の気密性が保持される構造としてもよい。
【００１３】
図示の例においては、ファイバ８２が波長変換ユニット６０の外部にファイバコネクタ９４を介して結合される例を示すが、ファイバ８２の少なくとも一部を波長変換ユニット６０に内蔵し、波長変換ユニット６０と恒久的に固定される構成としてもよい。
【００１４】
次に、各ユニットの構成について説明する。
なお、これらの各ユニットを結合するファイバ８１及び８２としては、例えばコア径６μｍ以上のラージモードコアシングルモードファイバが利用可能である。
【００１５】
〔光源ユニットの構成〕
ここで光源ユニット２０の基本レーザ光源としては、ファイバレーザが用いられる。ファイバレーザは、一般に少なくともファイバアンプ（増幅器）及び励起用のポンプレーザより構成され、出力光の波長によっては、シードレーザが用いられる。この例においては、一例として、シードレーザを用いる場合を示す。
図２においては、ＤＦＢ（Distributed Feedback：分布帰還型）シード型のファイバレーザを用いたＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式（発振器・増幅器混合方式）の光源ユニット２０の一実施形態例の概略構成図を示す。
図２に示すように、この光源ユニット２０には、例えばＤＦＢレーザより成る波長１０６４ｎｍのレーザ光を出力するシードレーザ２１と、波長分割多重素子（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）２２、Ｅｒ、Ｙｂなどの希土類含有、例えばＹｂ含有のファイバアンプ２３、偏光コントローラ２４、波長分割多重素子２５、励起用のポンプレーザ２６、光アイソレータ２７が設けられる。
【００１６】
ポンプレーザ２６から出力された励起光は、波長多重分割素子２２、２５の間で往復してファイバアンプ２３を励起する。シードレーザ２１からの出力光は、励起されたファイバアンプ２３において出力が増幅されて、偏光コントローラ２４で偏光方向を制御され、波長分割多重素子２５、光アイソレータ２７を通過して外部に矢印Ｌｆとして出力される。波長分割多重素子２２からは、余分な光Ｌｔが外部に放出される。
なお、光源ユニット２０のファイバレーザのシードレーザとしては、その他ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflection：分布反射）型レーザや、ファブリペロー（ＦＰ）型レーザを用いることもできる。
これらのファイバレーザを用いることによって、スペクトル幅の狭い、すなわち単一縦モードの光を得ることができ、波長変換ユニット６０において良好に例えば第２高調波を発生することができる。
また、ファイバレーザとしては、波長０．９μｍ以上２μｍ以下、出力１Ｗ以上１０，０００Ｗ以下の連続発振光を発するものを用いることが可能である。
【００１７】
〔波長変換ユニットの構成〕
次に、本発明の光源装置１０の具備する波長変換ユニット６０の一実施形態例を、図３の概略構成図を参照して説明する。
波長変換ユニット６０は、例えば非線型結晶を有する第２高調波発生装置により構成する。また、波長変換ユニット６０はその内部の光学部品の寿命を延命化することを目的として外部気体の流入が最小限に抑えられる構成であってもよい。波長変換することによって、波長１５０ｎｍ〜９００ｎｍ、出力０．１ｍＷ〜１００Ｗの出力光を得ることができる。
この波長変換ユニット６０としては、例えば波長５３２ｎｍの基本波を共振器内で２６６ｎｍの紫外線に波長変換する外部共振器型の第２高調波発生装置を用いることができる。
この場合、図３に示すように、外部共振器を構成する第１〜第４のミラー５１〜５４を有し、第１〜第３のミラー５１〜５３は、基本波の波長５３２ｎｍに対して例えば９９．９５％以上の反射率を有する高反射ミラーより成り、第４のミラー５４は、波長５３２ｎｍに対して例えば９９％±１％とされたミラーによって構成される。
【００１８】
また、第１及び第４のミラー５１及び５４の間には、非線型光学素子５５、例えばベータバリウムボレートβ−ＢａＢ２Ｏ４（以下ＢＢＯという）が配置される。この非線型光学素子５５の両端面、すなわち光入射端面５５ａ及び光出射端面５５ｂは、それぞれ鏡面研磨され、基本波の５３２ｎｍに対して０．１％以下の反射率とする低反射膜が形成されて成る。
【００１９】
この構成によって、第４のミラー５４を透過して到来する上述の５３２ｎｍの入射光５６すなわち基本波は、第１〜第４のミラー５１〜５４間で干渉効果により増大され、非線型光学素子５５によって基本波の第２高調波の波長２６６ｎｍの紫外線が、光出射端面５５ｂから導出される。そして、このようにして波長変換されて得られた紫外線は、この波長に対して透過率の高い第１のミラー５１を透過して出射光５７として出力される。
【００２０】
この外部共振器において、第３のミラー５３を、例えばＶＣＭ（Voice Coil Motor）によるアクチュエータ（図示せず）に設置して、その共振器の光路長を高精度に制御する構成としてもよい。
このような構成とすることによって、より効率の高い波長変換を行うことができる（例えば特許第３５６４７０５号参照）。
【００２１】
〔結合ユニットの構成〕
次に、以上説明した光源ユニット２０及び波長変換ユニット６０を、ファイバ８１、８２を介して結合する結合ユニット４０の各実施形態例を、図４Ａ〜Ｃの概略構成図を参照して説明する。
図４Ａに示すように、例えばこの結合ユニット４０は、筐体４８内において固定配置された一対の光学レンズ４１及び４２により構成し得る。筐体４８の光入射側及び光射出側には、ファイバと結合するファイバコネクタ９２及び９３が設けられる。
少なくとも一方のファイバコネクタ９２又は９３或いは光学レンズ（図示の例ではコネクタ９３）の筐体４８への固定位置に、ファイバ位置調整装置４９を設けてもよい。ファイバ位置調整装置４９を設けることにより、より効率よく、また目的とする結合効率をもって、光を結合することができる。
【００２２】
また、例えば図４Ｂ又は図４Ｃに示すように、この結合ユニット４０に、光量を調節する機構を設けてもよい。
図４Ｂにおいては、光学レンズ４１及び４２の間に、波長板４３及び偏光子４４より成る偏光変調部４５を設ける例を示す。このような構成において、例えば波長板４３を、光軸に沿う方向（一点鎖線ｃで示す）を回転軸として矢印ｂで示すように回転可能とすることによって、例えば図５に示すように、回転角度を０°から４５°まで回転させて出力を０％から１００％まで調整可能とすることができる。
【００２３】
更に、図４Ｃに示すように、光学レンズ４１及び４２の間にＮＤフィルタやメカシャッター等より成る出力調整部４６を設ける構成としてもよい。例えば図６に示すように、メカシャッター４７として、部分的に光透過性の異なる円盤状の部材を用いることができ、例えば領域４７ａで光透過率０．１％、領域４７ｂで３０％、領域４７ｃで９０％、・・などと適宜構成することが可能である。
このような構成とすることによって、この結合ユニット４０において、光源ユニット２０から波長変換ユニット６０に結合させる光の出力を精度良く調整することが可能となる。
【００２４】
次に、本発明による光源装置と、従来構成の光源装置との相違点について、参考例とともに図面を参照して詳細に説明する。以下の図７及び図８Ａ〜Ｄにおいて、図１と対応する部分には同一符号を付して示す。
図７は、従来の一般的な光源装置の一例の概略構成図である。この場合、光源ユニット１２０としては、代表的には固体レーザ、又は例えばＮＰＲＯ（Non-Planer Ring Oscillator）レーザ、ＥＣＤＬ（External Cavity Diode Laser）などが用いられる。
そして、このような光源ユニット１２０の光射出端と、波長変換ユニット６０の光入射端との間の光学的な結合は、ミラー１０１、１０２及び光学レンズ１０３などによって空間的に結合される空間結合部１００とされる。ミラー１０１及び１０２を例えば矢印ａ１、ａ２で示すように回転可能とされて光学的なアライメントを行うものである。
【００２５】
前述したように、このような従来構成の光源装置では、光源ユニット１２０の基本レーザ光源、波長変換ユニット６０の光学部品の劣化によって周期的な部品交換が必要であるが、その部品交換作業のために、光源装置全体を使用場所から取り外し輸送し、また交換後に使用する現地での精密な光学的位置調整が必要となる。
【００２６】
また前述したように、特に紫外光を出力する波長変換ユニットにおいては気密性を確保しないとユニット内部の光学部品が劣化する（上記特許文献１参照）。
そこで、図７に示す従来型の空間結合方式ではなく、例えば図８Ａに示すように、光源ユニット１２０と波長変換ユニット６０との間をファイバ８０で結合するファイバ結合方式を採用することで、上述した交換の簡易化及び気密性保持の２点を解決することが考えられる。
例えば、米国ＯＺ  Ｏｐｔｉｃｓ社のＶａｃｕｕｍ  Ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｃａｂｌｅ、又は銀ペーストなどを利用してファイバ８０を波長変換ユニット６０の結合部に封止することにより、気密性を保持してファイバ８０を結合して、光を導入することができる。
【００２７】
しかしながら、本出願に係る発明者等は、この方式ではファイバを交換する際に、２つの問題があることを見出した。
先ず第１に、ファイバ交換時のばらつきである。クラッド部に対するコアの位置公差は１μｍ程度であり、本発明の対象とする光源装置においてはこのわずかな公差によってファイバ結合位置がずれると性能が著しく変化する。したがって、ファイバ結合方式を採用すると、特性の保持が難しい。
２つ目の問題は、ファイバ８０が劣化し、これを交換する際には、波長変換ユニット６０の気密性を破らなければならなくなる点である。
【００２８】
そこで、図８Ｂに示すように、ファイバ８１及び８２を用いて両ユニット１２０及び６０を結合する構成を検討した。ファイバ８２の出力端は、波長変換ユニット６０に恒久的に固定することとする。ファイバ８１の入力端は、光源ユニット１２０の基本レーザの出力と結合する。ファイバ８１及び８２の間は例えばファイバ用コネクタなどを利用して結合部９５において結合する。このような構成とすることによって、光源ユニット１２０の基本レーザや、波長変換ユニット６０の各部品を交換する際に、その都度ファイバの出力端を波長変換ユニット６０に対して精密調整しなおす必要がなくなり、交換作業は極めて簡易化され、また、波長変換ユニット６０の気密性も保たれることとなる。
【００２９】
しかし、本出願に係る発明者等は、この方式をもってしても、更に問題があることを実験的研究によって見出した。基本レーザとして固体レーザを利用する場合、一旦ファイバへ入力させ、それからファイバの出力をファイバへ入力しなければならない。しかしながら、固体レーザはロット毎に、外部温度の変化や電流調整時でのビーム品質が変化してしまうという性質がある。これによりファイバ端面での光強度分布が変化し、コネクタ９１部でのファイバ端面が損傷する恐れがある。
【００３０】
また一方において、本発明の対象とする波長変換により比較的短波長のレーザ光を出力する光源装置には、本質的に高出力化が求められている。例えば固体レーザを高出力化するには、例えば米国Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製のＶｅｒｄｉ（商品名）のようなエタロン挿入型のリング共振器等を導入するなど、大変難易度の高い技術を用いないと周波数線幅が増大してしまい、波長変換ユニットを有する光源装置に固体レーザを使用して高出力化を図ることは、装置の複雑化、大型化を招き、簡易化や小型化が難しいことが分かってきた。
【００３１】
そこで、光源ユニットにおいて、ファイバレーザを基本レーザに使用することが考えられる。特に、シードレーザとして分布帰還形ファイバレーザを用いることにより、下記のようなスペックが実現できる。
波長：８００ｎｍ〜３０００ｎｍ
出力：１Ｗ〜１０、０００Ｗ
ファイバ種類：偏光保存・ラージコア形シングルモードファイバ
線幅：２ＭＨｚ以下
【００３２】
図８Ｃにおいては、このようなファイバレーザを有する光源ユニット２０を、波長変換ユニット６０とファイバ８１及び８２によりファイバコネクタなどの結合部９５を介して結合した例を示す。
しかしながらこのように、ファイバ８１及び８２同士を結合部９５において光学接触させる構成とする場合、ファイバレーザの出力端とファイバ８１の入力端が損傷するという問題が生じることが分かった。このような接合部で発生した損傷は、ファイバ内を逆伝搬し、数秒後にファイバレーザのファイバアンプの内部まで損傷させてしまう。特に、１ワットを超えるパワーのレーザ光をシングルモードファイバに入力させた場合、入力端面、出力端面の両方において長期信頼性が確保できないということが分かった。
【００３３】
そこで、図８Ｄに示すように、ファイバ８１及び８２を空間的に結合させる結合ユニット６０を設ける本発明構成を採用する。これにより、ファイバ８１、８２同士を接合することがなく、すなわちファイバ８１及び８２の端部の光損傷を回避できることとなる。
【００３４】
このように、結合ユニット６０を介して光を結合する構成とし、ファイバ８１からの光を空間に出力させることによって、接合による損傷リスクが低減するが、より長期の信頼性、例えば数千時間の信頼性を確保することは難しい。
そこで、ファイバ８１、８２の端部に、図９にその一例の概略断面構成を示すように、厚さ０．１ｍｍ〜２０ｍｍ程度のガラス材８１Ｇを融着する。これにより、ファイバ端部８１Ｅでの光密度が大幅に減り、損傷リスクを更に大幅に低減することに成功した。
またこの場合、ファイバの接合時の芯ずれによる端面損傷リスクも低減するので、実用上非常に大きなメリットがある。
なお、ファイバ８１、８２と各ユニット２０、４０及び６０とのファイバコネクタ９１〜９４としては、例えば図１０に示すように、互いに螺合するネジ部９２Ａ及び９２Ｂを有するファイバコネクタ９２を用いることができる。ファイバ端８１Ａは、例えば結合ユニット４０内において、ファイバレーザ（図示せず）の出力端と空間結合してもよい。
このようなファイバコネクタ９１の種類としては、ＦＣ形（ＪＩＳ  Ｃ  ５９７０）、ＳＣ形（ＪＩＳ  Ｃ  ５９７３）、ＭＵ形(ＪＩＳ  Ｃ  ５９８３）など、使用用途に応じて各種のファイバコネクタを利用可能である。
【００３５】
更にこの場合、前述の図４〜図６において説明したように、結合ユニット４０の中にＮＤ（Neutral Density）フィルタ等のフィルタ、ナイフエッジ、波長板、偏光子等の出力調整部及び／又は偏光調整部を挿入することによって、結合ユニット４０内での出力変調や偏光変調を容易に行うことが可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本発明の光源装置においては、
（１）基本レーザをファイバレーザとする
（２）基本レーザと波長変換ユニットの間を、結合ユニットとファイバで結合する
の２点において従来の光源装置と異なる。
これにより、部品交換作業としては、ファイバを取り外し、それぞれのユニットを交換するだけの極めて簡単な作業のみとなり、大幅な交換作業時間の短縮を図ることができ、すなわちメンテナンスの簡易化を図ることができる。
【００３７】
特に、基本レーザと波長変換ユニットの交換頻度はインターバルが異なる場合があることから、本発明によれば、この寿命の異なる二つの部品又はユニットを、それぞれの寿命ごとに容易に交換することができるので、このような光源装置を使用するユーザにとって利益が著しく大きい。
【００３８】
このように、本発明構成の光源装置によれば、従来構成の光源装置では不可能であった高出力化及びメンテナンスの簡易化という２つの特長を兼ね備えた連続発振光の波長変換が可能な光源装置を提供することができる。
【００３９】
図１１Ａ及びＢにおいては、結合ユニット４０と波長変換ユニット６０との間のファイバ８２を、波長変換ユニット６０の内部に内蔵する構成とした例を示す。図１１Ａ及びＢにおいて、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合、例えば光源ユニット２０の被増幅レーザ、励起用レーザなどが劣化し、光源ユニット２０を交換する必要が生じても、図１１Ａに示す結合状態から、図１１Ｂに示すようにファイバ８１を結合ユニット６０との結合部から取り外しても、結合ユニット４０と波長変換ユニット６０との結合はそのままで、波長変換ユニット６０の気密性は保持される。
また、光源ユニット２０内の部品を交換した後は、光源ユニット２０と結合ユニット４０との間のファイバ８１を結合するのみの簡単な作業で交換、メンテナンスが終了する。
なお、図１に示す例においては、ファイバ８２が波長変換ユニット６０の外部にファイバコネクタ９４を介して結合される例を示すが、前述の図８Ｄや、図１１Ａ及びＢに示す例のように、ファイバ８２の少なくとも一部、図示の例ではほぼ全てを波長変換ユニット６０に内蔵し、結合ユニット４０が波長変換ユニット６０と恒久的に固定される構成としてもよい。このような構成とすることにより、波長変換ユニット６０内が外気に触れず気密性が保持されるとともに、ファイバ８２の着脱によるファイバ８２の出力端と波長変換装置６０の光入力端との光学的な微調整が不要となるという利点を有する。
【００４０】
次に、本発明の光源装置における他の構成の実施形態例について説明する。
図１２は、本発明の光源装置１０において、２つの波長変換ユニット２６０、２６１を設け、これらを直列に接続する例の概略構成図を示す。
この場合、光源ユニット２０は、電源制御部２０１と共に電源ユニット２００内に設けられる。光源ユニット２０からの出力光は、ファイバ８１、８２により結合ユニット２４０を介して結合された第１の波長変換ユニット２６０に入射する。第１の波長変換ユニット２６０から波長変換された例えば第２高調波光は、再びファイバ８３、８４により結合ユニット２４１を介して結合された第２の波長変換ユニット２６１に入射する。第２の波長変換ユニット２６１において再び波長変換された例えば第２高調波光が、出力光Ｌｏとして外部に射出される。
【００４１】
なお、波長変換ユニット２４０、２４１に必要な電力や、制御信号・レーザーパワーなどの情報を、各ユニット２４０、２４１に近接して設ける制御部２０２及び２０３に、電源ユニット２００の電源制御部２０１からケーブル等により伝送する構成としてもよい。
またこの構成において、例えば第２の波長変換ユニット２６１において光が紫外光に変換される場合は、内部の光学部品の劣化を抑制するために、図示の例のように、清浄な空気を常に波長変換ユニット２６１内に供給するエアーユニット２０４を設けてもよい。
【００４２】
このような構成とする場合は、光源ユニット２０を電源ユニット２００内に収納することによって、レーザヘッドユニット３００の小型化が可能となる。第１の波長変換ユニット２６０は、電源ユニット２００に収納してもよい。
また、波長変換ユニットは２つに限定されるものではなく、使用する装置の目的に応じて求められる波長の出力光を得る、適宜選定すればよい。
この例においては、第１の波長変換ユニット２６０において、例えば光源ユニット２０からの波長１０６４ｎｍの出力光を、波長５３２ｎｍのレーザに波長変換して、更に第２の波長変換ユニット２６１において、波長５３２ｎｍレーザを、例えば波長２６６ｎｍレーザに変換することができる。波長２６６ｎｍのレーザは、ファイバもしくは出力ウインドウを通して外部へ出力される。
【００４３】
図１３は、光源ユニット２０を含めて全部品がレーザヘッドユニット３００に内蔵される例の概略構成図を示す。図１３において、図１２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。光源ユニット２０と第１の波長変換ユニット２６０とは、ファイバ８１、８２により結合ユニット２４０を介して接続される。この場合においても、光源ユニット２０から出力される例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光を、２回の波長変換によって、例えば波長２６６ｎｍの紫外光に変換して、レーザヘッドユニット３００から出力させる構成とすることができる。
光源ユニット２０のファイバレーザを交換する場合は、このファイバ８１のみを分離すればよい。
【００４４】
一方、第１及び第２の波長変換ユニット２６０及び２６１は、図示のように、ファイバ８３、８４により結合ユニット２４１を介して結合される場合は、それぞれ個別にファイバ８２、８３又は８４をはずすことによって、容易に交換可能である。しかしながら、メンテナンス性を考慮して、また波長変換素子の寿命などを考慮して第１及び第２の波長変換ユニット２６０及び２６１を同時に交換することを想定した場合は、これら第１及び第２の波長変換ユニット２６０及び２６１は互いに空間結合されていてもよく、例えば１つの筐体内に固定配置し、気密性を高くして収めることも可能である。
【００４５】
図１４は、第１及び第２の波長変換ユニット２６０及び２６１を共にレーザヘッドユニット３００に収納した例の概略構成図である。図１４において、図１２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、光源ユニット２０を交換する際には、ファイバ８１のみを分離すればよい。
また、第１及び第２の波長変換ユニット２６０及び２６１の間はファイバ８３及び８４により結合ユニット２４１を介して結合されていてもよく、また図１３に示す例と同様に、空間結合されていてもよい。
【００４６】
以上説明した本発明構成の光源装置において、例えば図１５〜図１８に示す波長変換を行うことが可能である。
先ず、図１５に示すように、基本レーザ光として波長１０６４ｎｍのレーザ光Ｌｆを、波長５３２ｎｍのレーザ光Ｌｏとして出力することができる。この場合は、例えばディスプレイ用の緑色光源として用いることができる。
【００４７】
また、図１６に示すように、図１５に示す波長変換構成の逓倍をとり、基本レーザ光として波長５３２ｎｍのレーザ光Ｌｆを、波長２６６ｎｍのレーザ光Ｌｏとして出力することができる。この場合は、例えば半導体の検査装置用の光源として用いることができる。
また、図１７に示すように、基本レーザ光として波長１４１４ｎｍのレーザ光Ｌｆを、波長７０７ｎｍのレーザ光Ｌｏとして出力することができる。この場合は、例えばＣＤ(Compact Disc)などの光ディスク原盤などの記録用の光源として用いることができる。
【００４８】
また、図１８に示すように、基本レーザ光として波長２６６ｎｍのレーザ光Ｌｆ１及び波長７０７ｎｍのレーザ光Ｌｆ２を用いて和周波をとり、波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌｏとして出力することができる。この場合は、例えば半導体製造装置のステッパ用のレンズ調整用光源や、フォトリソグラフィ用光源などとして用いることができる。
図１５〜図１８において、図１１Ａと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４９】
図１９においては、図１８に示す光源装置１０の波長変換ユニット６０として、和周波発生ユニット３６０を用いたより具体的な概略構成図を示す。従来、このような和周波発生装置としては、その光源として固体レーザを用いている（例えば米国特許第６７１４５６７号明細書（Ｂ２）参照）。
これに対し本発明の光源装置においては、固体レーザに代えてファイバレーザを用いるものである。すなわちこの場合、ファイバレーザを有する光源ユニット２０ａ及び２０ｂが、それぞれ、ファイバ８１ａ及び８１ｂ、８１ｂ及び８２ｂにより結合ユニット４０ａ、４０ｂを介して、和周波発生ユニット３６０の各波長変換ユニット３７１、３７２に結合される。
【００５０】
各波長変換ユニット３７１及び３７２においては、それぞれ第１〜第４のミラー３６１〜３６４、３６５〜３６８により非線型光学素子３７０の外部共振器が構成される。
このような構成とすることで、和周波発生型の光源装置において、前述の各実施形態例と同様に、高出力化とメンテナンス容易性が改善され、すなわち交換作業の簡易化、作業時間の短縮が図られる。
【００５１】
上述の図１９に示す構成の光源装置によって得られる最短波長について検討した。
図２０及び図２１は、それぞれポンプレーザとしてそれぞれ波長２６６ｎｍ、２４４ｎｍのレーザを使用した場合において、非線型光学素子としてＢＢＯ及びＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）を用いて和周波をとることにより得られる最短波長を検討した結果を示す。図２０及び図２１において、実線Ａ１、Ａ２はそれぞれＢＢＯを用いた場合の結晶軸の入射角度と出力光波長の関係、実線Ｂ１、Ｂ２はそれぞれＣＬＢＯを用いた場合の結晶軸の入射角度と出力光波長の関係、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれポンプレーザの波長と出力光波長の関係を示す。
図２０より、波長２６６ｎｍのポンプレーザを利用した場合、ＢＢＯでは６５３ｎｍのポンプレーザ光と和周波をとることにより最短１８９ｎｍ、ＣＬＢＯでは９１６ｎｍのポンプレーザ光との和周波で最短２０６ｎｍの出力光が得られることがわかる。
【００５２】
また、図２１より、波長２４４ｎｍのポンプレーザを利用した場合、ＢＢＯでは７５４ｎｍのポンプレーザ光と和周波をとることにより最短１８４ｎｍ、ＣＬＢＯでは１０３１ｎｍのポンプレーザ光との和周波で最短１９７ｎｍの波長の出力光が得られることが分かる。
【００５３】
以上説明したように、本発明の光源装置によれば、レーザ光源としてファイバレーザを用いることから、レーザの高出力化が実現できる。例えば基本レーザ光源に出力２０Ｗ、波長１０６４ｎｍのファイバレーザを利用することにより、出力１０Ｗ、２６６ｎｍの出力が可能となる。固体レーザを用いた場合では、固体レーザの出力光を波長変換ユニットへ結合させる部分の光軸ずれによって長期的な信頼性が得られないことなどによってこれを商品化することは非常に難しかった。
【００５４】
また、これまで光源ユニットの交換には、レーザヘッドを引き取りクリーン化された工場内で精密アライメントを行う必要があったが、本発明の構成を採ることにより現地での交換が容易に行うことができるようになり、ユーザの利便性が著しく向上する。例えば、従来５日程度光源装置を含む例えば検査装置の停止が必要であったが、本発明を採用することによって、例えば光源ユニットの交換作業は２時間程度と極めて作業時間を短縮することができる。
また、各インターフェースをＦＣ／ＡＰＣコネクタに統一しておけば、例えばバージョンアップされたユニットのみを随時交換することが可能になる。これにより製品ユニットの改善活動をいち早くユーザサイトで反映することが可能になり、ユーザ側・供給者側の両者利益を得ることができる。
【００５５】
なお、本発明による光源装置は、上述の例に限定されるものではなく、本発明構成を逸脱しない範囲において、光源ユニット、結合ユニット及び波長変換ユニットの各光学部品などの構成において変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図２】本発明による光源装置の光源ユニットの一実施形態例の概略構成図である。
【図３】本発明による光源装置の波長変換ユニットの一実施形態例の概略構成図である。
【図４】Ａ〜Ｃは本発明による光源装置の結合ユニットの一実施形態例の概略構成図である。
【図５】波長板の回転角度と出力との関係を示す図である。
【図６】メカシャッターの一例の概略平面構成図である。
【図７】従来の光源装置の一例の概略構成図である。
【図８】Ａ〜Ｃは光源装置の参考例の概略構成図である。Ｄは本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図９】本発明による光源装置のファイバの一実施形態例の要部の概略断面構成図である。
【図１０】Ａは本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。Ｂは本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１１】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１２】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１３】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１４】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１５】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１６】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１７】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１８】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１９】本発明による光源装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図２０】和周波発生による励起用光波長と出力光波長の関係を示す図である。
【図２１】和周波発生による励起用光波長と出力光波長の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０．光源装置、２０．光源ユニット、２１．シードレーザ、２２．波長分割多重素子、２３．ファイバアンプ、２４．偏光コントローラ、２５．波長分割多重素子、２６．励起用レーザ、２７．光アイソレータ、４０．結合ユニット、４１．光学レンズ、４２．光学レンズ、４３．波長板、４４．偏光子、４５．偏光調整部、４６．出力調整部、４８．筐体、４９．ファイバ位置調整装置、５１．第１のミラー、５２．第２のミラー、５３．第３のミラー、５４．第４のミラー、５５．非線型光学素子、５６．入射光（基本波）、５７．出射光（２次高調波）、６０．波長変換ユニット、８１〜８４．ファイバ、９１〜９４．ファイバコネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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